CN117264317A - 一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒，按质量百分比计，主要组分为：等规均聚聚丙烯21～33％、白色颜料65～75％、润滑剂1.5～3％、抗氧剂0.2～1.5％，该高负载纤维级聚丙烯白色母粒配方体系中白色颜料含量高，其白色颜料在高负载纤维级聚丙烯白色母粒中分散良好、高不透明度、着色均匀细腻，白度高；使用添加少量高负载纤维级聚丙烯白色母粒可获得高白度、良好的加工性能、高不透明度、着色均匀、优异的热稳定性能，进而优化下游应用产品的力学性能。本发明还公开了高负载纤维级聚丙烯白色母粒的制备方法，采用连续性混炼机混炼和连续性挤出作业，工艺流程简单，生产成本低，适于批量化生产。

Description

一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒及制备方法

技术领域

本发明涉及色母粒生产技术领域，具体涉及一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒及制备方法。

背景技术

聚丙烯是无纺布、有纺布生产的主要高分子基材之一。与传统染色纤维或者布料相比，将色母粒与基材树脂加工成有色纤维后直接用于纺织，具有投资小、节能、无三废和着色成本低等优点。

含有白色无机颜料的薄膜和无纺布具有更高的白度、更低的透光率。但纤维白色母粒与基材树脂的混合树脂经纺丝设备生产长丝，白色无机颜料的团聚会增加纺丝孔的堵塞几率，因此纤维白色母粒中白色无机颜料的分散程度要求更高。

色母粒的要求通常包括以下两点：第一、为了减少纺丝料中母粒的添加量，母粒中白色无机颜料的含量趋高设置；第二、应避免色母粒与纺丝料基材树脂共混过程的不利影响，例如色母粒的润滑剂析出增加生产下游产品时熔体挤出模口的清理频率。用于生产普通白色无纺布的普通填充母粒有别于阻燃、降解等功能母粒，基于成本考虑，其组分主要为或者仅为载体树脂、填料和促进填料分散的助剂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒，通过优选组分含量，改善高颜料含量色母粒的颜料分散度，改善填料团聚对聚丙烯制品整体性能的影响，提升聚丙烯无纺布的力学性能。

为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒，按质量百分比计，主要组分为：等规均聚聚丙烯载体21％～33％、白色无机颜料65％～75％、润滑剂1.5％～3％、抗氧剂0.2％～1.5％；等规均聚聚丙烯载体、白色无机颜料、润滑剂、抗氧剂的质量百分比之和不低于99.5％；

所述均聚聚丙烯的等规指数≥96％；所述均聚聚丙烯载体的熔融指数为36～44g/10min；熔融指数测试温度为230℃，砝码标准重量为2.16kg。

优选的技术方案为，按质量百分比计，主要组分为：等规均聚聚丙烯载体21％～27％、白色无机颜料71％～75％、润滑剂1.5％～3％、抗氧剂0.2％～1.5％。

进一步的，等规均聚聚丙烯载体21％～27％、白色无机颜料71％～75％、润滑剂1.5％～3％、抗氧剂0.2％～1％。

进一步的，等规均聚聚丙烯载体、白色无机颜料、润滑剂和抗氧剂的质量百分比之和不低于99.8％；再进一步的，以上四种组分的质量百分比之和等于100％，也即聚丙烯白色母粒由等规均聚聚丙烯载体、白色无机颜料、润滑剂和抗氧剂组成。具体的，白色母粒不包含诸如马来酸酐接枝聚丙烯的相容剂、偶联剂等促进无机颜料分散的其他常用组分。

进一步的，均聚聚丙烯载体的熔融指数为38～42g/10min；熔融指数测试温度为230℃，砝码标准重量为2.16kg；具体为38g/10min、39g/10min、40g/10min、41g/10min、42g/10min点值以及以上任意两个点值作为最大值和最小值的区间值。

优选的技术方案为，所述润滑剂为硬脂酸盐与聚丙烯蜡的组合，硬脂酸盐与聚丙烯蜡的质量之比为1:(2.0～5.0)。

进一步的，硬脂酸盐与聚丙烯蜡的质量之比为1:(2.0～4.0)，更进一步的，硬脂酸盐与聚丙烯蜡的质量之比为1:(2.0～3.0)，具体为1:2、1:2.2、1:2.4、1:2.6、1：2.8、1:3点值以及以上任意两个点值作为最大值和最小值的区间值。

优选的技术方案为，所述白色无机颜料为二氧化钛，二氧化钛的粒径D50为0.2～0.33μm。进一步的，二氧化钛的粒径D50为0.22～0.3μm，更进一步的，二氧化钛的粒径D50为0.23～0.27μm。

优选的技术方案为，聚丙烯蜡的黏度约为170℃、50～80mpa·s，和/或硬脂酸盐为硬脂酸钙。

进一步的，聚丙烯蜡的黏度约为52～70mpa·s，更进一步的，聚丙烯蜡的黏度约为56～64mpa·s，具体为56mpa·s、57mpa·s、58mpa·s、59mpa·s、60mpa·s、61mpa·s、62mpa·s、63mpa·s、64mpa·s点值以及以上任意两个点值作为最大值和最小值的区间值。

优选的技术方案为，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂与亚磷酸酯抗氧剂的组合，所述受阻酚抗氧剂及亚磷酸酯抗氧剂的质量之比为1：

(1.0～2)，进一步的质量之比为1：(1.0～1.5)，具体可选为1：1、1：1.3、1：1.5点值以及以上任意两个点值作为最大值和最小值的区间值。。

优选的技术方案为，所述受阻酚抗氧剂为四丙酸季戊四醇酯，所述亚磷酸酯抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。

本发明的目的之二在于提供一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒的制备方法，按质量百分比计，高负载纤维级聚丙烯白色母粒的主要组分为：等规均聚聚丙烯载体21％～33％、白色无机颜料65％～75％、润滑剂1.5％～3％、抗氧剂0.2％～1.5％；制备方法包括以下步骤：

S1：按比例配置白色母粒原料组分；

S2：将S1的着色母粒组分置于连续混炼机中高速剪切混炼，得到高分散熔融混合物；

S3：将S2的高分散熔融混合物通过单螺杆挤出机挤出，挤出机前段温度为185～190℃，后段温度为200～215℃，模头温度为220～230℃，熔体温度保持在212～215℃挤出，50～60℃水下切粒；

S4：S3所得粒料经脱水、干燥、筛选，得高负载纤维级聚丙烯白色母粒成品。

优选的技术方案为，所述S2中连续混炼机料口温度为90～100℃，所述连续混炼机的混炼室温度为180～190℃，所述连续混炼机的双转子转速为550～650rpm。

本发明的目的之三在于提供一种聚丙烯纺丝料，主要组分包括聚丙烯基材树脂和母粒，所述聚丙烯基材树脂和母粒的质量比为100：(1.2～2.6)。

进一步的，聚丙烯基材树脂和母粒的质量比为100：(1.5～2.5)，更进一步的，聚丙烯基材树脂和母粒的质量比为100：(1.6～2.3)，更进一步的质量比为100：(1.7～2.2)。

进一步的，聚丙烯基材树脂的熔融指数为38～42g/10min；熔融指数测试温度为230℃，砝码标准重量为2.16kg。

本发明的优点和有益效果在于：

该高负载纤维级聚丙烯白色母粒基于预定熔融指数的聚丙烯，通过调整各组分的质量百分比，可将聚丙烯白色母粒中的白色无机颜料含量提升至最高75％，并且母粒中白色无机颜料分散良好，白色母粒不透明度和白度高，与聚丙烯基材树脂混合着色均匀细腻，利于提升聚丙烯无纺布等下游产品的机械强度例如断裂伸长率；

高颜料含量的白色母粒润滑剂较低，优化白色颜料在聚丙烯树脂载体中分散性能的同时，不易在母粒运输和储存期间析出或迁移至母粒表面并富集，降低下游共混树脂纺丝时的堵孔几率；

高负载纤维级聚丙烯白色母粒组分简单，为下游产品的助剂添加提供了更大的选择和组合空间；

高负载纤维级聚丙烯白色母粒的制备方法配置与组分相适应的生产步骤和工艺参数，生产成本低，适于批量化生产。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

白色无机颜料

白色无机颜料的可选范围包括二氧化钛、碳酸钙、氧化锌、滑石粉，优选为钛白粉。按照生产工艺，高负载纤维级聚丙烯白色母粒钛白粉可选为硫酸法钛白粉和氯化法钛白粉。按照晶体结构，高负载纤维级聚丙烯白色母粒的钛白粉可为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉，优选为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉两种，即氯化法或硫酸法制备的金红石型钛白粉、硫酸法制备的锐钛型钛白粉。从分散性能出发，更优选为氯化法或硫酸法制备的金红石型钛白粉。

润滑剂

外润滑剂的作用在于通过外部滑动减小所加剪切力的效能；而内润滑剂的作用则是减小熔体粘度，减小摩擦生热量。在高颜料含量的聚丙烯中，润滑剂应适当增加。

均聚聚丙烯的润滑剂可选为聚丙烯蜡、硬脂酸盐、N，N-乙撑双硬脂酰胺(EBS)。聚丙烯蜡常作为外润滑剂，硬脂酸盐常作为内润滑剂，而EBS为内/外润滑剂。优选的润滑剂为聚丙烯蜡和硬脂酸盐的组合。

硬脂酸盐的阳离子可选为钙、镁、钡、锌、锂、铅，均聚聚丙烯的润滑剂优选聚丙烯蜡和硬脂酸钙的组合。

抗氧剂

抗氧剂用于延缓或抑制聚丙烯氧化过程的进行，从而阻止聚丙烯的老化并延长其使用寿命。基于高颜料含量和高剪切，抗氧剂能减弱聚丙烯的黄变和氧化降解，确保材料满足挤出造粒的生产要求。进一步的，基于成本考虑，在没有特殊要求和保证性能的前提下，常规色母中的抗氧剂可选不加，但纤维级的色母料须添加一些抗氧剂。高负载纤维级聚丙烯白色母粒优选的抗氧剂为受阻酚抗氧剂与亚磷酸酯抗氧剂的组合。

受阻酚抗氧剂的可选范围包括抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂1098、、抗氧剂3114。

亚磷酸酯抗氧剂的可选范围包括(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、亚磷酸三C12-15烷酯、亚磷酸三(十三烷基)酯、亚磷酸三月桂酸酯、亚磷酸三癸酯、亚磷酸三辛酯。

实施例

实施例1-3的原料按照下表配置：

上表中原料具体型号为：

等规均聚聚丙烯：Y381H，熔融指数为38～39g/10min；熔融指数测试温度为230℃，砝码标准重量为2.16kg；

钛白粉的粒径D50：0.25μm；

聚丙烯蜡：170℃，粘度60mpa·s。

实施例1-5高负载纤维级聚丙烯白色母粒的制备方法为：

S1：将聚丙烯、钛白粉、润滑剂和抗氧剂分别通过智能失重式计量称喂入混炼机中(1200kg/h)；

S2：混炼机料口温度控制在90～100℃，混炼室区域温度控制在185～190℃，通过双转子以转速650rpm进行混炼，得高分散熔融混合物；

S3：混炼成的熔融混合物通过单螺杆挤出机挤出，挤出机前段温度控制在185～190℃，后段温度控制在200～215℃(后段出料段的温度最高为215℃)，模头温度控制在220～230℃，熔体温度保持在212～215℃挤出；

S4：将挤出的高分散熔融混合物通过模头后采用水下切粒，水温工艺温度控制在50～60℃，切粒后的着色母粒依次经脱水、干燥、筛选，出料速度为20kg/min，得到圆形颗粒成品，取样检测。

实施例6-8基于实施例4，区别在于：

实施例6的润滑剂为2％的N，N-乙撑双硬脂酰胺。

实施例7的润滑剂为2％的聚丙烯蜡；

实施例8的润滑剂为2％的硬脂酸钙；

实施例9的S2：混炼机料口温度控制在90～100℃，混炼室区域温度控制在192～197℃并通过双转子550rpm进行混炼成高分散熔融混合物；

对比例1的聚丙烯白色母粒挤出造粒工艺如下：

实施例1密炼后的物料导入单螺杆挤出机，单螺杆挤出机前段温度为185～190℃，后段温度为205～220℃(后段出料段的温度最高为220℃)，模头温度为220～230℃，熔体温度保持在217～220℃挤出，50～60℃水下切粒。

对比例2

对比例2的白色颜料使用硫酸法锐钛型钛白粉颜料，润滑剂比例调到5％，硬脂酸钙和聚丙烯蜡的质量比为1:4。

实施例和对比例试样的检测

一、实施例和对比例母粒试样的性能检测：

1、母粒中钛白粉的分散性能检测：参考测试标准HG/T4768.5-2014，合格品标准：≤2.00bar/g；

2、氧化诱导期：参考测试标准GB/T 19466.6-2009，合格品标准：≥20min；

实施例和对比例高负载纤维级聚丙烯白色母粒试样的性能检测结果如下：

实施例1-4形成白色母粒中组分含量的对照，依照数据可知：氧化剂的含量增加利于母粒氧化诱导期的延长，实施例1中的钛白粉含量为65％，实施例2、3中的钛白粉含量均为70％，实施例1、2、3中钛白粉的分散性优于实施例4，表明钛白粉含量的降低对分散性能的改善有明显影响。

实施例4和5形成钛白粉种类的对照，实施例4的金红石型钛白粉在聚丙烯白色母粒体系中具有更优的分散性能，也说明钛白粉的团聚会对氧化诱导期产生不利影响。

实施例4、6-8形成润滑剂组成的对照，与实施例6、7、8均采用单一种类的润滑剂，实施例7的聚丙烯蜡和实施例8的硬脂酸钙在和高钛白粉含量的高熔指聚丙烯中对钛白粉的分散性能改善效果不明显，而单独使用N，N-乙撑双硬脂酰胺的实施例6中钛白粉的分散性能优于实施例7和8，将硬脂酸钙和聚丙烯蜡按预定的比例组合使用，能达到更进一步的钛白粉分散促进效果。

实施例9中混炼机的混炼室区域温度较实施例4更高，双转子转速低剪切力弱，钛白粉无法达到预期的分散效果。

对比例1单螺杆挤出机的后段温度较实施例1高，母粒中钛白粉的分散度有明显的劣化，可能的原因在于：分子链在高温、微量氧和机械运动等作用下产生长链支化或者分子链之间发生交联，交联生成的晶点相对不易熔融分散，进而导致对比例1中钛白粉的分散不良。

对比例2中润滑剂的添加总量较实施例4明显增加，润滑剂过高会降低剪切力，导致分散不良。

二、试样参与制备的无纺布性能检测

将试样按照下表中的白色母粒添加比例，与聚丙烯基材树脂(Y381H)混合均匀后经由喂料器导入双螺杆挤出机中，仅双螺杆挤出机混合均匀后，得到无纺布粒料；将无纺布粒料加入单螺杆挤出机中熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却、铺网、加固，得13g/m²的无纺布试样。

1、白度值:参考测试标准ASTM E313-10，合格品标准:≥80.00％；

2、断裂伸长率：参考测试标准GB/T 24218.3-2010。合格品标准:≥120％。

实施例和对比例制备的无纺布性能检测见下表：

上表中添加比例＝白色母粒的质量/白色母粒和聚丙烯的质量之和*100％。

由上表可知，实施例的试样均满足无纺布合格品标准。

基于相同的白色母粒添加比例，母粒中同类型钛白粉的分散性越好，无纺布的白度值也越高；锐钛型钛白粉添加比例为2.5％时，无纺布的白度值和断裂伸长率能满足合格品标准；达到预定的白度值和断裂伸长率，金红石型钛白粉白色母粒添加量更小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒，其特征在于，按质量百分比计，主要组分为：等规均聚聚丙烯载体21％～33％、白色无机颜料65％～75％、润滑剂1.5％～3％、抗氧剂0.2％～1.5％；等规均聚聚丙烯载体、白色无机颜料、润滑剂、抗氧剂的质量百分比之和不低于99.5％；

所述均聚聚丙烯的等规指数≥96％；所述均聚聚丙烯载体的熔融指数为36～44g/10min；熔融指数测试温度为230℃，砝码标准重量为2.16kg。

2.根据权利要求1所述的高负载纤维级聚丙烯白色母粒，其特征在于，按质量百分比计，主要组分为：等规均聚聚丙烯载体21％～27％、白色无机颜料71％～75％、润滑剂1.5％～3％、抗氧剂0.2％～1.5％。

3.根据权利要求1所述的高负载纤维级聚丙烯白色母粒，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸盐与聚丙烯蜡的组合，硬脂酸盐与聚丙烯蜡的质量之比为1:(2.0～5.0)。

4.根据权利要求1所述的高负载纤维级聚丙烯白色母粒，其特征在于，所述白色无机颜料为二氧化钛，二氧化钛的粒径D50为0.2～0.33μm。

5.根据权利要求3所述的高负载纤维级聚丙烯白色母粒，其特征在于，聚丙烯蜡的黏度约为170℃、50～80mpa·s，和/或硬脂酸盐为硬脂酸钙。

6.根据权利要求1所述的高负载纤维级聚丙烯白色母粒，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂与亚磷酸酯抗氧剂的组合，所述受阻酚抗氧剂及亚磷酸酯抗氧剂的质量之比为1：(1.0～2)。

7.根据权利要求1所述的高负载纤维级聚丙烯白色母粒，其特征在于，所述受阻酚抗氧剂为四丙酸]季戊四醇酯，所述亚磷酸酯抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。

8.一种高负载纤维级聚丙烯白色母粒的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，高负载纤维级聚丙烯白色母粒的主要组分为：等规均聚聚丙烯载体21％～33％、白色无机颜料65％～75％、润滑剂1.5％～3％、抗氧剂0.2％～1.5％；制备方法包括以下步骤：

S1：按比例配置白色母粒原料组分；

S2：将S1的着色母粒组分置于连续混炼机中高速剪切混炼，得到高分散熔融混合物；

S3：将S2的高分散熔融混合物通过单螺杆挤出机挤出，挤出机前段温度为185～190℃，后段温度为200～215℃，模头温度为220～230℃，熔体温度保持在212～215℃挤出，50～60℃水下切粒；

S4：S3所得粒料经脱水、干燥、筛选，得高负载纤维级聚丙烯白色母粒成品。

9.根据权利要求8所述的高负载纤维级聚丙烯白色母粒的制备方法，其特征在于，所述S2中连续混炼机料口温度为90～100℃，所述连续混炼机的混炼室温度为180～190℃，所述连续混炼机的双转子转速为550～650rpm。

10.一种聚丙烯纺丝料，其特征在于，主要组分包括聚丙烯基材树脂和母粒，所述聚丙烯基材树脂和母粒的质量比为100：(1.2～2.6)。